新型热电材料冷却器的应用程序

呼吸新生活为一个古老的想法,麻省理工学院教授米尔德里德美国文和同事正在开发新型材料控制温度,可能导致大量节省能源,允许更高效的汽车发动机,光伏电池和电子设备。

新型热电材料已经导致了一个新的消费产品:一个简单,有效的方式冷却汽车座椅在炎热的气候。后产生的设备,类似于汽车座椅加热器,直接向个人提供舒适而不是冷却整个车,节省空调和能源成本。

这项研究是基于热电制冷和加热的原理,这是首次发现在19世纪早期,在1960年代先进到一些实际的应用程序中通过麻省理工学院的教授保罗·格雷(和前总统),等等。

文和他的同事们现在应用纳米技术等尖端技术领域。她将描述朝着更好的热电材料在一个邀请了周一说,11月26日,在材料研究协会的年度会议在波士顿。

热电设备都是基于这样一个事实,当某些材料被加热,产生显著电电压。相反,一个电压时,他们变得更热,一边和寒冷。过程使用不同的材料,特别是与半导体,电脑芯片的材料。但它总是有一个很大的缺点:它是非常低效的。

创建高效的热电材料的基本问题是,他们需要擅长进行电,但不热。这样,装置的一端可以热而另仍然冷,而不是材料的快速均衡的温度。在大多数材料,电气和热导率齐头并进。所以研究人员必须找到修改材料分离两个属性的方法。

使它更实用的关键,文解释说,是在创建工程创建了半导体材料的微小的模式来改变材料的行为。这可能包括在一个矩阵中嵌入纳米粒子或电线的材料。这些纳米结构-只是一个只有十亿分之一米宽热流的干扰,同时允许电力自由流动。“纳米结构可以独立控制这些品质,“文说道。

她和麻省理工学院的同事开始在1990年代,这些发展,很快吸引了来自美国海军的兴趣,因为潜在的使安静潜艇(发电和空调是最吵闹的一些功能在现有潜艇)。“从这个研究中,我们提出了大量的新材料,没有人看着,“文说道。

一些早期的工作后进行Ted哈曼麻省理工学院的林肯实验室,哈曼,文,和她的学生林登·希克斯发表一篇实验论文新材料在1990年代中期。“人们看到纸和领域开始,”她说。“现在有会议致力于它。”

她在寻找新的热电材料的工作,包括与美国麻省理工学院的陈刚机械工程教授合作,精力充沛,现在有真正的应用程序类似于汽车座位冷却器。去年,加州一家小公司在全世界售出一百万单位。

同样的原则可以用来设计冷却系统可以集成到芯片,减少或消除需要单独的冷却系统和提高他们的效率。

这项技术也可以用于汽车的引擎本身更有效率。在传统汽车,大约80%的燃料能源浪费热量。热电系统也许可以直接从这浪费热量用于发电。因为燃料用于运输的数量如此巨大的世界能源使用的一部分,甚至是一小部分的改善效率有很大的影响,文解释道。“这是非常实用的,”她说,“和汽车公司越来越感兴趣。”

相同的材料也可能扮演一个角色在提高光伏电池的效率,利用太阳的光和热发电。关键是发现材料有权利属性,但不要太贵。

文和他的同事们正在继续调查各种半导体材料的热电性能和超晶格和量子点等纳米结构。她目前由美国国家航空和宇宙航行局研究热电材料。

http://www.mit.edu

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